Methodische Plattform zur reproduzierbaren Synthese von Nanokristallen
Whiskers Nanokristall (NW), oft genanntauch Nanowhisker (von englisch nanowhisker) oder Nanofilament, Nanowire, sowie Nanorod ist ein eindimensionales Nanomaterial, dessen Länge andere Dimensionen deutlich übertrifft, die wiederum mehrere zehn Nanometer nicht überschreiten.
Es gibt verschiedene Arten von NOCs,
Es gibt mehrere grundlegend unterschiedlicheMechanismen zur Gewinnung eindimensionaler Nanostrukturen, die in Methoden zur Gewinnung freier Strukturen (z. B. der Wachstumsmechanismus "Dampf - Flüssigkristall") und unter Verwendung der Methoden der planaren Technologie sowie einiger anderer Methoden unterteilt werden können.
- Wachstumsmechanismus "Dampf - Flüssigkristall"
Der häufigste WachstumsmechanismusHalbleiter-NWs sind ein Dampf-Flüssigkristall-Mechanismus, der bereits 1964 demonstriert wurde. Dieses Verfahren implementiert das epitaktische Wachstum von NWs durch chemische Gasphasenabscheidung oder Molekularstrahlepitaxie.
Dazu wird zunächst ein dünner Goldfilm auf der Oberfläche des Substrats abgeschieden, der als Katalysator fungiert. Anschließend steigt die Temperatur in der Kammer und das Gold bildet eine Anordnung von Tröpfchen.
Weitere Wachstumskomponenten werden zugeführtHalbleitermaterial, wie die Elemente In und P für das Wachstum von InP-NWs. Die Aktivierung durch Katalysatorteilchen bewirkt, dass das Wachstum auf der Oberfläche unter dem Tropfen um ein Vielfaches schneller erfolgt als auf der nicht aktivierten Oberfläche. Daher steigt der Katalysatortropfen über die Oberfläche und wächst ein Whisker darunter.
- Planare Technologiemethoden
Manchmal, um eindimensionale Nanoobjekte zu erstellen,die auch NWs oder Nanofilamente genannt werden, nutzen Techniken der Planartechnologie. Mithilfe von Fotolithografie- und Ätzverfahren werden beispielsweise vertikale Rillen oder V-förmige Rillen auf der Oberfläche erzeugt, in die Material eingebracht wird. In diesen Rillen oder Rillen sammelnd, bildet das Material sozusagen eindimensionale Nanostrukturen in vertikaler bzw. horizontaler Richtung.
Eine weitere Methode zur Gewinnung eindimensionaler Nanostrukturenist das auf dem SOI-Substrat unter Verwendung von Foto— und Elektronenlithographie wird eine Maskenschicht mit einem Muster des gewünschten NW erzeugt. Dann wird durch diese Schicht hindurch die Oberflächenschicht aus Silizium weggeätzt, so dass nur noch das Silizium-NW auf dem Isolator zurückbleibt. In einigen Fällen wird der Isolator auch von unterhalb des NW weggeätzt, wodurch freie Nanostrukturen zurückbleiben.
- Spontanes Wachstum
Die einfachste Methode zur Gewinnung von NW-OxidMetall Dies ist das übliche Erhitzen von Metallen an der Luft und kann problemlos zu Hause durchgeführt werden. Die Wachstumsmechanismen sind seit den 1950er Jahren bekannt. Die spontane Bildung von NWs erfolgt mithilfe von Kristallgitterfehlern: in bestimmten Richtungen vorhandene Versetzungen oder Wachstumsanisotropien verschiedener Kristallflächen.
Aufgrund von Fortschritten in der Mikroskopie wurde ein NW-Wachstum über Schraubenversetzungen oder Zwillingsgrenzen nachgewiesen.
Khaidukov entwickelte eine methodische Plattformzur reproduzierbaren Synthese von Nanokristallen, die nach einer Reihe elektronischer Übergänge in Atomen mit energiearmen elektromagnetischen Wellen bestrahlt werden und Photonen höherer Energie wieder emittieren. Darüber hinaus kann das Spektrum einer solchen Strahlung eingestellt werden.
- Öffnung
Einer der Preise wurde an den Kopf vergebenLabor des Bundesforschungszentrums "Kristallographie und Photonik" der Russischen Akademie der Wissenschaften an Evgenia Khaidukova zur Entwicklung fortschrittlicher Technologien auf der Plattform von Anti-Stokes-Nanokristallen.
Die so synthetisierten Nanokristalle habenAnwendungsaussichten in einer Reihe von Bereichen. Zum Beispiel zur Untersuchung biologischer Prozesse in Zellen und zur praktischen Anwendung in der medizinischen Diagnostik und Therapie. Insbesondere diente die Entwicklung als Grundlage für eine neue Methode der photodynamischen Therapie von Melanomen mit Vitamin B2.
Spezielle Proteine von Pflanzen
Einer der Preise ging an ein Team von St. Petersburger Wissenschaftlern für die Entdeckung von Amyloidproteinen in Pflanzen, die für die Anreicherung von Nährstoffen in Samen verantwortlich sind.
- Amyloid
Architektonisch ist Amyloid ein nicht verzweigtes ProteinFibrillen, die aus Monomeren bestehen, die hauptsächlich durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den β-Ketten intermolekularer β-Faltblätter verbunden sind, die senkrecht zur Querachse der Fibrille angeordnet sind.
Diese Variante der Fibrillenstruktur nennt man„Kreuz-β“, und es ist das universellste. β-Faltblätter in einer Amyloidfibrille können parallel zueinander und im Register angeordnet sein (ähnliche Aminosäuren benachbarter β-Ketten liegen übereinander und sind durch Wasserstoffbrückenbindungen verbunden).
Amyloide mit antiparallelOrientierung von β-Ketten. Prionfibrillen (infektiöses Amyloidprotein) HET-Ascomycet Podospora anserina in Form von β-Helices haben ebenfalls eine interessante Faltungsoption.
- Struktur
Amyloid hat eine komplexe Struktur.Sein Hauptbestandteil sind Proteine, darunter sowohl fibrilläre (Gewebe-)Proteine wie Kollagen als auch Plasmaproteine – α- und γ-Globuline, Fibrinogen.
Amyloidpolysaccharide werden dargestellt durchChondroitinschwefelsäure und Hyaluronsäure, Heparin, Neuraminsäure, wobei Chondroitinsulfate vorherrschen. Amyloid hat antigene Eigenschaften; beständig gegen die Wirkung vieler Enzyme, Säuren und Laugen aufgrund der Stärke der Bindungen zwischen den Protein- und Polysaccharidkomponenten.
- Öffnung
Die Preisträger waren die ersten weltweit, die in Pflanzen entdecktenSymbiotische Bakterien verfügen über spezifische funktionelle Proteine – Amyloide, die eine einzigartige Resistenz gegen die Wirkung von Verdauungsenzymen aufweisen und jahrelang in der äußeren Umgebung überleben können. Sie wurden bereits früher in Bakterien, Archaeen, Tieren und Pilzen gefunden, doch dies ist das erste Mal, dass sie in Pflanzen gefunden wurden.
Eine spezielle fibrilläre Form von Proteinen –Amyloide – wurden für ihren Zusammenhang mit einer Reihe von Krankheiten bekannt, die durch eine abnormale Proteinaggregation (Amyloidose) verursacht werden. Insgesamt gibt es mehr als 40 menschliche Krankheiten, die mit Amyloiden in Zusammenhang stehen und die nur sehr schwer zu behandeln oder völlig unheilbar sind (Diabetes, Krebs, Alzheimer usw.).
Die Entdeckung von Amyloidproteinen in Pflanzen wurde dank des von den Autoren entwickelten Bioinformatik-Algorithmus möglich, der im Vergleich zu Analoga am produktivsten ist.
Mit seiner Hilfe zum ersten Mal auf der Welt das GanzeEs wurde mit hoher Genauigkeit festgestellt, dass Speicherproteine von Pflanzensamen, die der wichtigste Bestandteil der menschlichen Ernährung sind, dazu neigen, Amyloide zu bilden. Sowie Proteine symbiotischer Bakterien, die für ihre Wechselwirkungen mit Pflanzen verantwortlich sind.
Bösartige Tumore
Evgenia Dolgov, Ekaterina Potter und AnastasiaProskurina vom Bundesforschungszentrum „Institut für Zytologie und Genetik der sibirischen Abteilung der Russischen Akademie der Wissenschaften“ erhielt den Preis „für die Bildung einer neuen Ideologie bei der Behandlung von Patienten mit bösartigen Tumoren, basierend auf der zeitkoordinierten.“ Wirkung innovativer Nukleinsäurepräparate und vernetzender Zytostatika.“ ;
Die Preisträger haben zwei einzigartige Technologien zur Behandlung von Tumoren verschiedener Ätiologie entwickelt und getestet, die auf bisher unbekannten Prinzipien beruhen.
- Panagen
Die erste Technologie ist die Verwendung des Medikaments „Panagen“ auf Basis fragmentierter doppelsträngiger DNA, koordiniert mit einer Chemotherapie.
Wissenschaftler haben erfolgreich präklinische durchgeführtStudien, I und II Phasen der klinischen Studien "Panagena" in der Behandlung von Brustkrebs. Sie bewiesen, dass das Medikament nicht nur die negativen Auswirkungen der Chemotherapie reduziert, sondern auch die Aktivierung der Antitumorimmunität fördert.
- Karanahan
Zweite Technologie – „Karanahan“ –ist eine einzigartige Methode zur Auswahl eines Injektionsschemas eines Zytostatikums, das die Zellteilung blockiert, und eines DNA-basierten Arzneimittels individuell für jeden Tumor.
Als Ergebnis der kombinierten Wirkung zweier WirkstoffeSubstanzen werden Tumorzellen zerstört, darunter auch Tumorstammzellen. Die Technologie wurde erfolgreich an experimentellen Tumoren von Mäusen und Menschen getestet.
Es kann sowohl eine unabhängige Behandlungsoption als auch eine Art Plattform für den effektiveren Einsatz von Krebsmedikamenten und -technologien sein.
Gehirn-Computer-Schnittstelle
Vladimir Maksimenko von der "University Innopolis"(Tatarstan) Der Preis wurde für die Entwicklung invasiver und nicht-invasiver Gehirn-Computer-Schnittstellen zur Überwachung der normalen und pathologischen Gehirnaktivität vergeben.
- NKI
Brain Computer Interface (NCI) (auch „Brain Computer Interface“ genannt)direkte neuronale Schnittstelle,Gehirnschnittstelle,Gehirn-Computer-Schnittstelle) ist ein System für den Informationsaustausch zwischen dem Gehirn und einem elektronischen Gerät (z. B. einem Computer).
Bei unidirektionalen Schnittstellen, externen Gerätenkann entweder Signale vom Gehirn empfangen oder an dieses senden (z. B. Nachahmung der Netzhaut des Auges bei der Wiederherstellung der Sehkraft mit einem elektronischen Implantat).
Bidirektionale Schnittstellen ermöglichen das Gehirn undExterne Geräte tauschen Informationen in beide Richtungen aus. Die Biofeedback-Methode wird häufig im Herzen der Neurocomputer-Schnittstelle verwendet.
- Tierversuche
Mehrere Labors konnten Signale aufzeichnenvon der Großhirnrinde von Affen und Ratten zur Kontrolle des NCI während der Bewegung. Die Affen steuerten den Cursor auf dem Computerbildschirm und gaben Anweisungen, um die einfachsten Aktionen für Roboter auszuführen, die eine Hand mental und ohne Bewegungen imitieren. Andere Studien mit Katzen haben sich mit der Entschlüsselung visueller Hinweise befasst.
- Öffnung
Infolgedessen entwickelte der Wissenschaftler eine Reihe mathematischer MethodenModelle neuronaler Netze sowie drei Neuro-Computer-Schnittstellen („Gehirn-Computer“). Die geschaffenen Schnittstellen ermöglichen es, Anfälle bei Patienten mit Epilepsie invasiv, also mittels elektrischer Stimulation, zu verhindern und zu blockieren.
Diese Methode kann beispielsweise angewendet werden, wenn Medikamente zur Linderung eines Anfalls unwirksam sind.
Darüber hinaus ermöglichen die Schnittstellen dann nicht-invasivEs gibt kein Eindringen durch die äußeren Integumente des Körpers, um die imaginäre motorische Aktivität zu simulieren und die Aufmerksamkeitskonzentration zu bestimmen, die für die Rehabilitation von Patienten nach einem Schlaganfall wichtig ist, wenn Schulkinder unterrichtet werden und so weiter.
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